基于区间时间分配的列车速度曲线节能优化及其在CMC环境测试

针对站间线路存在不同限速的情况，提出一种运行时间优化分配方法。根据影响速度曲线节能优化的限速划分了优化区间，建立每个优化区间的能耗—时间函数，借助拉格朗日法建立增广目标函数，通过拟牛顿法迭代得到站间运行时间优化分配结果，采用Matlab进行仿真。当区间的线路限速数量和限速值不同时，也可以通过该方法进行站间运行时间的优化分配。最后在基于CMC芯片的硬件环境下进行了测试。     

基于RFID的列车跟踪与定位系统研究

对国内外列车跟踪与定位系统的现状和发展以及目前最先进的定位技术进行分析,研究满足客运专线需求的列车跟踪与定位系统,给出基于射频识别技术的列车跟踪与定位系统.RFID主要由应用主机、阅读器、标签、天线组成,基于这一技术的列车跟踪与定位系统成本低,抗干扰能力强,具备防滑校正能力,能实现连续速度测定,定位精度高,运行速度为300 km/h的高速列车的定位精度为士70 cm,可以满足客运专线以最高列车运行速度350 km/h,列车追踪间隔3 min运行的列车定位精度需求.     

受限状态下的高速列车迭代学习控制方法研究

针对受限状态下的高速列车自动驾驶系统的跟踪控制问题,基于列车动力学模型,提出一种带饱和函数的迭代学习控制算法。根据Lyapunov稳定性原理,利用列车运行过程中的状态偏差,推导出基于迭代学习控制的列车自动运行控制律。建立类Lyapunov的复合能量函数,通过在迭代域的差分,证明了其差分负定性和有界性,所设计的算法能够控制列车在迭代域对期望运行轨迹达到渐近收敛。采用本文提出的迭代学习控制算法对列车的跟踪性能进行验证,并与PID控制和D型迭代学习控制算法进行比较,结果表明:相较于其他两种算法,本文提出的算法在第3次迭代中就能控制列车精确跟踪期望轨迹,说明算法具有较快的收敛速度和较高的跟踪精度,且能够将控制输入约束在允许范围内。     

模糊控制理论的研究进展及其在铁路货物列车自动化控制系统中的应用

综述模糊控制理论研究的进展。分析模糊控制器的解析结构,分析模糊控制系统的函数逼近能力的稳定性,分析模糊控制技术与其它软计算方法如神经网络、遗传算法的结合。研究模糊控制技术与遗传算法相结合在铁路货物列车自动化控制系统中的应用,货物运输的自动控制属于多目标系统控制,通过对模糊PI控制器最敏感的参数,如比例因子和隶属度函数等进行寻优,使系统性能得到了显著改善。     

基于改进模糊滑模控制的列车速度跟踪研究

列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李亚普洛夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,并且引入指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效地消除了控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,且提高了列车运行控制系统性能。     

基于振动的高速列车轴承状态监测技术研究

为了消除高速列车滚动轴承传统人工检测手段的局限性,文章提出了一种基于振动信号的静态监测流程,谱峭度图算法被用于降低轴承振动信号的噪声干扰,利用包络分析可以提取滚动轴承的故障振动特征。通过实践测试验证了本文提出的高速列车轴箱轴承状态监测方法的有效性。     

基于状态观测器的磁悬浮列车传感器故障容错方法

针对磁悬浮列车的加速度计或间隙传感器故障,设计了基于状态观测器的最优容错控制系统.首先建立了单电磁铁悬浮系统的模型,引入电流环降低系统阶数,然后按照标称闭环系统模型设计在线状态观测器.当单个传感器失效时,根据故障诊断系统提供的故障定位信息.实时采用状态观测器提供的状态估计信息,最终对单个传感器故障实现容错.仿真表明该方法的有效性.     

基于动态面方法的高速列车蠕滑速度跟踪控制

针对高速列车的主动黏着防滑控制问题,提出基于障碍Lyapunov函数的蠕滑速度动态面跟踪控制算法,可以实现对蠕滑速度的上界约束,同时保障黏着控制系统的稳定性。首先建立考虑牵引与制动转矩产生过程的高速列车动力学模型,并将黏着控制问题描述为含输出约束的非线性系统的跟踪控制问题;然后引入障碍Lyapunov函数处理输出约束问题,设计了自适应动态面控制律,未知参数由自适应律估计得到,未知时变的黏着力和运行阻力由两个力观测器来估算;最后通过Lyapunov方法证明了蠕滑速度跟踪误差半全局一致最终有界,蠕滑速度始终保持在稳定区域内。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于嵌入式Linux的地铁列车状态显示装置的研究

设计了一种基于嵌入式Linux系统的地铁列车状态显示装置。首先进行了列车状态显示装置的功能需求分析,然后采用ARM平台进行了硬件系统设计,并进一步采用嵌入式Linux和Qt进行了软件系统设计与开发,最后对所研制的列车状态显示装置进行了试验测试,测试结果表明显示装置能够实现司机与列车人机信息交互的需求。     

基于PID型迭代学习控制的列车自动驾驶曲线跟踪算法研究

针对基于比例微分积分（PID,Proportional Integral Derivative）控制的列车速度跟踪算法在跟踪进度、收敛性和稳定性等方面存在的不足，提出一种基于PID型迭代学习控制（ILC,Iterative Learning Control）的列车自动驾驶（ATO,Automatic Train Operation）曲线跟踪算法。通过迭代学习控制，优化跟踪过程，减小跟踪误差，缩短收敛时间；设置典型场景对所设计的算法进行仿真试验，并将仿真结果与基于PID控制算法的跟踪效果进行对比分析。结果表明，PID型ILC算法对列车目标速度和目标位移具有较高的跟踪精度，能够在有限的迭代次数内实现精确跟踪，验证了所提算法的有效性。     

基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台

为了检算铁路客运专线闭塞分区长度与列控系统的符合性,设计基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台。采用HTML,CSS,JavaScript,Vue.js,Node.js和Koa等Web技术进行开发,使用MySQL作为后端数据库,构建B/S架构应用平台,包括基础数据处理、列车运行仿真、列车追踪间隔时间计算、闭塞分区检算和统计分析5个功能模块。其中,列车运行仿真模块为牵引计算平台的核心,由线路信息、列车动力学模型、列控车载设备制动曲线算法和速度控制组成;列控车载设备制动曲线算法具备列车超速防护功能,根据移动授权和列车速度距离信息生成允许速度和制动指令,实现列车运行仿真的闭环处理。选取京沪高速铁路列控工程数据和CRH3A型动车组参数进行列车牵引计算,得到高速铁路列车追踪间隔时间,验证闭塞分区设计长度满足列控车载设备制动距离要求。结果表明:该平台可用于闭塞分区长度符合性检算,从而验证闭塞分区设计与列控系统的匹配性。     

面向虚拟编组的列控技术研究

虚拟编组(Virtual Coupling)是近年来欧洲铁路部门提出的一个新理念,它使用无线通信代替机械联挂,实现不同型号列车的虚拟编组。列车虚拟编组后,行车间隔极大缩短,能够进一步提高线路的运输能力。介绍虚拟编组的研究背景和基本理念,分析既有欧洲列控系统(ETCS)在应用该技术时面临的问题,旨在提出面向虚拟编组的列控技术实现方案。根据列车间隔控制是否由列控系统进行防护,提出两种方案,并描述它们的基本原理和既有ETCS规范需要变动的内容。在基于列控系统防护的方案中,引入相对制动距离的概念,并提出一种基于相对制动距离的限速曲线计算方法,为下一代列控系统的研究提供参考。     

基于移动卫星通讯的列车自动报点系统与运行图绘制

列车自动报点系统包括车载系统和地面系统,车载系统通过移动卫星通讯,将列车所在位置、运行速度、车站停靠等信息实时传输到地面系统,地面系统自动绘制列车实绩运行图并在电子地图上显示列车的位置。运行图的绘制采用双缓冲实现视图的快速显示,解决了报点时刻以及车次标注的重叠问题,并在Delphi中自己创建新类模拟画笔来完成绘制不同类型列车运行线的要求。实绩运行图可以像其它图形软件一样实现放大、缩小、平移等视图操作,并可以在任何支持图形打印的打印机或者绘图仪上打印,软件自动根据打印机类型和纸张大小将打印效果调至最佳。     

基于自抗扰控制的高速列车自动驾驶速度控制

针对高速列车在复杂环境运行时,传统PID控制器受未建模动态及外界未知干扰导致列车速度追踪误差大的问题,提出一种基于自抗扰控制ADRC(Active Disturbance Rejection Control)的高速列车速度控制算法。基于单质点模型建立列车的状态空间方程,令列车方程中的未知部分作为扩张状态设计二阶自抗扰控制器,并利用CRH380A型列车参数进行仿真,对指定的目标速度曲线进行追踪,证明基于自抗扰控制算法的可行性;同时设置干扰量,与传统PD控制、非线性PID控制算法在抗干扰性能和追踪误差等方面作比较。结果表明,基于自抗扰控制的高速列车速度控制器具有抗干扰性强、追踪误差小的优点。     

基于VxWorks的车载列控显示系统

说明随着城市轨道交通系统在我国的蓬勃发展,传统的车载列车显示系统已经越来越不能满足安全性的要求,而通过嵌入式实时操作系统(VxWorks)开发的车载列控显示系统可以满足这方面需求,且具有多任务的特点.通过基于通信列车控制(CBTC)的车载控制器(VOBC)子系统中的车载列控显示系统的设计和实现,介绍VxWorks在车载列控显示系统中的应用.认为从多任务的角度,可以更好地解决车载列控显示系统对安全性的需求.     

基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统

由实物模型子系统、控制子系统和智能调度子系统搭建基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统。采用实物微缩模型与抽象模型相结合的方法,构建列车运行控制过程的半实物仿真环境及仿真算法;基于DxdcNet/LocoNet通信协议,定义用于各子系统间数据交互的数据格式及通信协议;采用C#编程语言编制相关系统软件。对以京津城际铁路为背景搭建的基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统进行测试,结果表明:可以直观地仿真三显示、四显示和准移动闭塞模式下的列车运行全过程,在1h内完成全日运行图的行车组织过程演练并获取相关数据,为列车运行计划的编制和安全实施提供科学依据。该系统已投入实际使用,并在调度指挥教学、运行图动态性能检测等方面均取得了良好效果。     

基于Multi-Agent的列控系统复杂运营场景建模与仿真方法研究

针对高铁列控系统的并发性、混成性、交互性等特点,基于列控系统技术规范,结合Multi-Agent理论、Prometheus建模方法以及仿真技术,提出基于Multi-Agent的高铁列控系统复杂运营场景建模与仿真方法。最后,以CTCS-3级列控系统的RBC切换场景为例,构建基于Multi-Agent的RBC切换场景模型,并利用Multi-Agent仿真工具对模型进行仿真。仿真结果表明,该方法能够满足列控系统并发、混成、交互的复杂特性,可为列控系统复杂运营场景建模仿真与安全分析提供技术支撑。     

基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法及仿真研究

利用高速铁路车站列车到达进路冲突关系和进路分段解锁原理,研究基于到发线运用优化方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法。首先分析分段解锁条件下列车到达追踪间隔时间的计算方法,随后建立无损精度的铁路路网拓扑模型和多智能体列车连续追踪运行仿真模型;在此基础上设计基于信号补偿时间的列车最小到达追踪间隔时间求解算法,求解不同到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间。以上海虹桥站高速场为例,对所有到发线组合方案进行仿真实验。结果表明:股道组合方案对应的关联道岔越少,列车到达追踪间隔时间越短;当关联道岔相同时,后车接车进路越短,前车接车进路越长,到达追踪间隔时间越短;当前车股道确定时,最优的后车股道方案比最劣方案可压缩列车到达追踪间隔时间30s以上。     

基于滚动优化的地铁列车节能运行协同控制方法

针对地铁列车节能运行问题,提出基于滚动优化的列车协同控制方法,将系统整体最优问题分解为基于时间推进的局部优化问题。考虑列车每次停站时同一供电分区内其它列车的操纵方案,实时计算下一站间运行净能耗最小的操纵方案。在计算操纵方案时,对传统的列车4阶段操纵策略进行改进,允许列车在运行途中进行2次牵引,减小列车牵引能耗并提高再生能的利用率。结果表明:相比列车基于传统4阶段的个体最优控制策略,采用本文提出的列车协同控制方法在不同发车间隔下均可提高再生能利用率并节约列车运行净能耗,平均节能率达8.37%。     

基于模式识别的地铁列车状态耦合分析系统设计与应用

针对地铁列车部件因状态耦合作用而相互影响的问题,提出了一种基于模式识别的地铁列车状态耦合分析系统设计方法。该方法通过轮轨耦合分析、弓网耦合分析及部件状态特征识别技术,将异常特征进行模式抽取,获取导致异常特征的故障原因。结合某地铁列车,将该方法应用于所开发的服役安全保障系统。应用情况表明,该方法通过工况模式识别和特征耦合分析,可有效地降低干扰并获取异常特征信息,从而能够准确分析故障原因,为快速定位和精准维修提供技术支持。